Ponieważ pojemność rośnie proporcjonalnie do rozmiaru, przelotki na ścieżkach w projektach wysokiej szybkości muszą być tak małe, jak to tylko możliwe, by uniknąć degradacji sygnału spowodowanej przez silne obciążenie pojemnościowe.
Podczas podłączania kondensatorów odsprzęgających do warstwy podłoża lub łączenia warstw podłoża, indukcyjność przelotki staje się bardziej istotna, niż jej pojemność. Wartość bezwzględna tej pojemności wynosi w przybliżeniu:
Gdzie
L = indukcyjność przelotki [nH]h = długość przelotki [cale]d = średnica przelotki [cale]
Ponieważ to równanie zawiera logarytm, zmiana średnicy przelotki w niewielkim stopniu wpływa na indukcyjność. Dużą zmianę można wymusić zmieniając długość przelotki lub stosując dwie równoległe przelotki na każdym zacisku urządzenia. Z tego powodu należy łączyć kondensatory odsprzęgające do masy, używając dwóch równoległych przelotek na każdy zacisk elementu. By zmniejszyć indukcyjność połączeń między dwiema warstwami uziemienia, można użyć wielu zwykłych przelotek rozmieszczonych na płytce.
Choć silnie zalecane jest niezmienianie warstw ścieżek wysokich szybkości, jeśli zajdzie taka konieczność, należy upewnić się, że istnieje ciągła ścieżka powrotna dla prądu. Na rysunku 21 po lewej stronie pokazano przepływ prądu dla przejścia w pojedynczej warstwie, natomiast po prawej dla przejścia przez wiele warstw.
Rys. 21. Drogi prądu zwrotnego dla zmiany w pojedynczej lub w wielu warstwach
Możliwość przepływu prądu do przejścia z wierzchu na spód warstwy uziemiającej jest zapewniona przez metaliczny laminat na wewnętrznej stronie pierścienia izolującego. Gdy zatem sygnał przechodzi przez przelotkę i przenosi się po drugiej stronie tej samej warstwy, nieciągłość prądu powrotnego nie występuje.
Zmiana ścieżki sygnału z jednej warstwy do innej poprzez ominięcie wielu warstw odniesienia komplikuje projektowanie ścieżki powrotnej prądu. W przypadku, gdy występują dwie warstwy uziemiające, pomiędzy nimi musi zostać umieszczona przelotka zwierająca warstwy masy, by zapewnić ciągłą drogę prądu powrotnego (rysunek 21).
Jeśli warstwy odniesienia znajdują się na różnych potencjałach, tak jak warstwa zasilania i uziemienia na rysunku 22, projektowanie ścieżki powrotnej staje się skomplikowane, ponieważ wymaga trzeciej przelotki i kondensatora odsprzęgającego. Prąd zwrotny płynie od spodu warstwy zasilania, gdzie znajduje się najbliżej prądu sygnału. Następnie przepływa przez przelotkę zasilania, kondensator odsprzęgający do przelotki uziemiającej i powraca do górnej części warstwy uziemiającej.
Rys. 22. Ścieżki prądy zwrotnego dla zmiany w jednej i wielu warstwach
Drogi prądu zwrotnego wykorzystujące liczne przelotki i kondensatory odsprzęgające cechują się wysoką indukcyjnością, a zatem pogarszają stan sygnału i zwiększają EMI. Jeśli to możliwe, należy unikać zmiany warstwy podczas prowadzenia ścieżek dużych szybkości, ponieważ istotnie pogarsza to wydajność płytki, komplikuje projekt i podwyższa koszt produkcji.
Kondensatory odprzęgające
Kondensatory odsprzęgające stanowią lokalne źródło ładunku dla obwodów wymagających znacznego prądu zasilającego w odpowiedzi na wewnętrzne przełączenie. Niewystarczające odsprzęganie powoduje braki w dostępie wymaganego prądu zasilającego, co może spowodować niepoprawną pracę układu scalonego, prowadząc do błędów zaburzających sygnał. Wymusza to zapewnienie niskiej impedancji w interesującym zakresie częstotliwości. W tym celu powszechnie stosowane jest podejście polegające na rozmieszczeniu wielu kondensatorów odsprzęgających równomiernie na powierzchni płytki. Poza utrzymaniem integralności sygnału, kondensatory odsprzęgające służą jako filtry EMC zapobiegające propagacji sygnałów RF wysokiej częstotliwości w płytce PCB.
Podczas włączania kondensatora pomiędzy warstwy zasilania i uziemienia, zasilanie jest w rzeczywistości obciążone szeregowym filtrem rezonansowym, którego zależne od częstotliwości elementy RLC tworzą obwód zastępczy rzeczywistego kondensatora. Rysunek 23 pokazuje elementy pasożytnicze początkowego obwodu zastępczego i ich przekształcenie w szeregowy obwód rezonansowy.
Rys. 23. Straty kondensatora zamodelowane szeregowym obwodem rezonansowym
